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May 04, 2023

Materiais da bateria

Os consumidores de veículos elétricos desejam maior alcance e carregamento rápido para voltar

Os consumidores de veículos elétricos desejam maior alcance e carregamento rápido para voltar à estrada rapidamente. Armazenar mais energia em relação ao peso e volume e aceitar taxas de carga mais altas aumentam os requisitos de desempenho, estabilidade e segurança do material. A adoção mais ampla de EV exige melhor utilização de material ao longo da cadeia de suprimentos.

A META está desenvolvendo novos materiais de bateria e técnicas de fabricação para enfrentar todos esses desafios.NCORE™ Os coletores de corrente compostos de polímero, feitos com tecnologia proprietária de revestimento a vácuo de alta velocidade PLASMAfusion®, reduzem significativamente o peso, ao mesmo tempo em que adicionam um recurso de segurança semelhante a um fusível. Os separadores de cerâmica NPORE® apresentam encolhimento de calor <1% para maior segurança e oferecem desempenho eletroquímico superior.

Os coletores de corrente são componentes essenciais das baterias de íons de lítio, consistindo de folhas de alumínio (Al) e cobre (Cu) para o cátodo e o ânodo, respectivamente. Coletivamente, os coletores de corrente representam cerca de 15% da massa total de células da bateria e não contribuem ativamente para a capacidade da bateria. O Al tem uma densidade baixa de 2,70 g/cm3, enquanto o Cu é muito mais pesado com 8,96 g/cm3, de modo que os coletores de corrente de folha de Cu representam mais de 10% do peso de uma bateria típica de íons de lítio.

Um substrato de plástico PET/PEN, revestido com camadas finas (150-250nm) de Cu em cada lado e pontes metálicas incorporadas para condutividade, promete a mesma funcionalidade e custo que a folha de cobre, enquanto oferece vários benefícios. O peso é reduzido em ~85% e a espessura reduzida permite um material mais ativo, aumentando a energia e a densidade de potência. Em caso de fuga térmica, o plástico derrete, melhorando a segurança ao retardar a autoignição da bateria. O menor teor de cobre reduz a entrada de energia para produzir a bateria e aumenta a reciclagem.

NPORE® é o primeiro separador de membrana nanoporosa de cerâmica independente e flexível do mundo para baterias de íon de lítio. Os separadores NPORE® eliminam o uso de substrato plástico, fornecem funcionalidade superior e excelente resistência ao calor para as baterias de íon de lítio atuais e da próxima geração.

Os recursos do NPORE® incluem:

O separador e os coletores de corrente (CCs) constituem alguns dos componentes fundamentais de toda bateria de íons de lítio (LIB). Embora não participem diretamente da cinética da eletroquímica, esses componentes passivos são os principais determinantes da segurança, desempenho, longevidade, peso e volume de uma célula. Diminuir seu peso ou volume dentro da faixa em que suas funcionalidades não são afetadas negativamente pode melhorar diretamente a energia gravimétrica ou volumétrica e a densidade de potência de uma célula. Na apresentação abaixo, apresentamos uma nova abordagem para melhorar a segurança e o desempenho de LIBs de vários tamanhos e químicas que utiliza dois componentes passivos inteligentes de última geração, ou seja, um composto de metal-polímero CC (NCORE™) e uma cerâmica nanoporosa separador (NPORE®). O NCORE™ é fabricado revestindo um substrato de polímero de 6 μm de espessura com uma camada fina (250 nm) de cobre (Cu) metálico em cada lado. Elementos de Cu de alta densidade (pontes) também são incorporados ao substrato neste processo de metalização. O material resultante exibe maior condutividade nas direções no plano e fora do plano. Funcionando como um fusível inteligente, o NCORE™ evita que corrente de irrupção adicional desencadeie uma fuga térmica que pode potencialmente levar a um incêndio perigoso que é extremamente difícil de extinguir em uma célula quando sua temperatura interna excede 250°C. Eliminando até 90% do Cu contido em um CC típico, o NCORE™ reduz o peso da bateria e melhora seu desempenho e reciclabilidade. O NPORE® é um separador de cerâmica nanoporoso proprietário, robusto e altamente resistente ao derretimento e encolhimento. No caso de um curto-circuito interno entre os eletrodos, que pode ser causado por um dendrito ou outro defeito, o NPORE® não se afasta do local do defeito, inibindo o calor causado pelo curto-circuito de propagar uma fuga térmica. A combinação de NCORE™ e NPORE® oferece uma solução de segurança inovadora para LIBs de uma ampla gama de produtos químicos e fatores de forma.